Регулируемый источник тока

 

Изобретение относится к электротехнике. Оно может быть использовано в качестве быстроперестраиваемого по мощности регулируемого источника питания для систем электропривода, систем электротехнологии, гальванотехники и др. Целью изобретения является повышение надежности работы и степени унификации источника тока при сохранении высокого быстродействия систем регулирования тока, построенных на его основе. Регулируемый источник тока содержит один ведущий и N-1 ведомых, работающих на общую нагрузку, параллельно включенных усилительно-преобразовательных устройств (УПУ) 1 и 2, каждое из которых содержит регулятор 15 тока, сумматор 19, интегратор 3, релейный элемент 5, компаратор 21, силовой каскад 24, датчик 25 тока, три ключа 7-9, блок 13 компенсации и блок 17 адаптации. Источник тока обеспечивает заданное распределение выходных токов составляющих УПУ в квазиустановившемся и переходном режиме работы. 2 з.п. ф-лы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

rlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (51) H 02 М 3/135.,1

1 („, a.< a .

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 ) 426 7146/24-07 . (22) 23.06.87 (46) 07.01.90. Бюл. М 1 (7l) Ленинградский институт точной механики и оптики (72} В.В.Кротенко, А.Н.Пискарев, В.А.Синицын и В.А.Толмачев (53) 621.316.727 (088.8) (56} Авторское свидетельство СССР

И 951264, кл. Н 02 M 13!16, 1980.

Авторское свидетельство СССР

11 796822, кл. Н 02 М 13/16, 1979, 2 (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике. Оно может быть использовано в качестве быстроперестраиваемого по мощности регулируемого источника питания для систем электропривода, систем злектротехнологии, гальванотехники н äð. Целью изобретения является повьпнение надежности работы и степени унификации источника така при сохранении

1534677 высокого быстродействия систем регулирования тока, построенных на его оЧнове. Регулируемый источник тока с держит один ведущий и N-1 ведомых, работающих на общую нагрузку, па— рфллельно включенных усилительно-преобразовательных устройств УПУ) 1 и 2, каждое из которых содержит регулятор 15 тока, сумматор 19, интегИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, в быстроперерастраиваемых по мощности регулируе1чых источниках питания.

Целью изобретения является увели- 20 чение надежности и повышение степени у ификации регулируемого источника .трка на основе параллельно работаю1 щйх широтно-импульсных преобразователей (ШИП).

На фиг.l приведена функциональная схема регулируемого источника тока; на фиг.2 - схема регулятора т ока с блоками компенсации и адanт ации. 30

Регулируемый источник тока (фиг. 1) содержит один ведущий l u N-l ведоь ых 2 усилительно-преобразовательных блоков (УПБ).

В каждом УПБ 1 и 2 имеются задающие генераторы, собранные на интеграторах 3 и 4 и релейных элементах 5 и 6, которые объединяются в схему ге ератора ключами 7-9 и 10-12. Блоки

13 и 14 компенсации изменения коэффипиента передачи соединены с выходами регуляторов 15 и 16 тока„ Блоки 17 и

18 адаптации подключены через сумматоры 19 и 20 к компараторам 21 и 22, Выходы которых через силовые каскады

23 и 24 и датчики 25 и 26 тока связаны с нагрузкой 27. Для пояснения работы в устройстве отмечены контакты (точки) 28-57.

Блок 17 содержит (фиг.2) резисто50 ры 58-61, усилитель 62 и конденсатор

63. Блок 15 содержит резисторы 64-66, конденсатор 67 и усилитель 68. Выход

69 усилителя 68 соединен с входом блока.13, который содержит резисто55 ры 70-71, ключ 72, цепочки 73, аналогичные резистору 71 и ключу 72, числом, равным 2, ратор 3, релейный элемент 5, компаратор 21, силовой каскад 24, датчик

25 тока, три ключа 7-9, блок 13 компенсации и блок 17 адаптации. Источник тока обеспечивает заданное распределение выходных токов составляющих УПУ в квазиустановившемся и переходном режиме работы. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Вход 74 блока 13 соединен с точкой

43 блока 15. Вывод 75 резистора 70 через выход 76 соединен с точкой 42 сумматора 19. Выход 77 усилителя 62 через резисторы 78 и 79 соединен с усилителем 80, выход 81 которого соединен с точкой 49. Нагрузка 27 подключена к блокам 1 и 2 через ключи

82 и 83.

Регулируемый источник тока работает следующим образом.

Предположим, что в первом УПБ ключи 7 и 9 замкнуты, ключ 8 разомкнут, а во втором УПБ (и остальных УПБ 2) ключи 10 и 12 разомкнуты, ключ Il замкнут. В этом случае первый преобразователь является ведущим, а остальные — ведомыми.

Пусть в исходном состоянии напряжение на выходе интегратора 3 равно напряжению срабатывания порогового (релейного) элемента 5. Пороговый элемент находится в состоянии, при котором его выходное напряжение положительна, и под действием этого напряжения интегратором 3 формируется линейно падающее напряжение.При достижении выходным напряжением интегратора 3 порога отпускания реле напряжение на выходе последнего меняет знак, в результате чего напряжение начинает возрастать до тех пор, пока его величина не станет равной порогу срабатывания релейного элемента. Далее релейный элемент меняет состояние и начинается процесс убывания напряжения. Таким образом, в схеме интегратор 3 — релейный элемент 5 организуется автоколебательный режим работы, так что напряжение на выходе интегратора 3 имеет форму равнобедренного треугольника, постоянную амплитуду и период Т, а напряжение а выходе релейного эле15

5 мента 5, имеет форму симметричных двухпоЛярных прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и с тем же периодом Т.

Напряжение с выхода интегратора

3 вместе с выходным напряжением сумматора 19 поступает на вход реверсивного компаратора 21. Генератор пилообразного напряжения, состоящий из интегратора 3 и релейного элемента

5, вместе с реверсивным компаратором 21 образуют широтно-импульсный модулятор, так чта выходное напряжение блока 21 представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с укаэанным периодом следова" ния Т и длительностью и полярностью, зависящими соответственно от величины и знака выходного напряжения регулятора УПБ 1. Эти импульсы управляют транзисторными ключами силового каскада 23.

Выходное напряжение релейного элемента 5 УПБ 1 поступает не только на вход интегратора 3 УПБ 1, но и на входы всех остальных 11-2 УПБ, составляющих регулируемый источник тока.

Опорные напряжения широтно-импульсных модуляторов каждого из N-1 ведомых УПБ формируются идентично, поэтому здесь. описано формирование его для случая N-2.

Выходное напряжение релейного элемента 5 ведущего УПБ 1 поступает через замкнутые ключи 9 и ll на вход релейного элемента 6 ведомого УПВ 2 и обуславливает ега синхронное с элементом 5 переключение, так что выходное напряжение элемента 6 представляет собой симметричное прямоугольное напряжение, периодом Т и фронтами, практически совпадающими по времени с фронтами выходного напряжения релейного элемента 5.

Двухполярное прямоугольное выходное напряжение релейного элемента 6 поступает на вход интегратора 4 УПБ

2 и обуславливает формирование на выходе последнего пилообразного напряжения аналогично тому, как это происходило на выходе интегратора 3 под действием входного напряжения.Это напряжение поступает на вход компаратора 22 ведомого УПБ 2 в качестве опорного напряжения широтно-импульсного модулятора, формирующего последовательность выходных импульсов с

/ периодом следования Т и длитель34677 6 настью и полярностью, зависящими от величины и знака выходного напряжения регулятора тока УПБ 2.

Таким образом осуществляется син5 хронная работа широтно-импульсных модуляторов всех УПБ, составляющих регулируемый источник тока.

Регулирование тока в N-м канале осуществляется с помощью пропорциональна-интегрального регулятора 15 (16) на контакты 34 и 35 которого подаются соответственно заданное и истинное значения така канала, дополненного блоком 13 компенсации, устраняющего взаимнОе влияние каналов регулирования тока друг на друга и тем самым обеспечивающего неизменность настройки параметров регу.". лятора 15 (16) тока при изменении числа параллельно работающих УПБ.

Подключение к нагрузке каждого нового УПБ приводит к снижению коэффициента передачи цепи вход IUHII—

25 так нагрузки, каждого канала незавииимо от характера нагрузки. Уменьшение коэффициента передачи осуществляется практически пропорционально числу параллельно включенных каналов.

3р При высоких требованиях к динамическим качествам системы регулирования тока нагрузки в целом и, следовательно, каждого канала, коэффициент передачи регулятора тока канала выби35 Рается большим, Уменьшение коэффициента передачи указанной цепи приводит как к снижению быстродействия канала и системы, так и во многих случаях к ухудшению

40 качества процесса. Для того, чтобы качественные показатели переходного процесса в канале и системе не изменились, пропорционально числу параллельно включенных каналов следует

4r увеличить коэффициент передачу регулятора тока. В предлагаемом устройстве это осуществляется уменьшением эквивалентного сопротивления на контакте 44 усилителя 80 Регулятора б0 тока (фиг.2). Для этого блок 13 (14) компенсации содержит резистор 70 и

N-1 подключенных параллельно ему цепей, содержащих последовательно соединенный резистор 71 и ключ 72. При.

55 работе двух УПБ замкнут один ключ

72, параллельно резистору 70 включен один резистор 71 с сопротивлением, равным сопротивлению резистора 70, эквивалентное сопротивление

1534677 на входе усилителя 80 уменьшается вдвое, коэффициент передачи регулятора тока возрастает вдвое. При работе трех УПБ замыкаются два ключа

72 и подключается параллельно ре, зистору 70 два одинаковых резистора, 71, коэффициент передачи регулятора тока возрастает втрое и т.д.

Блок 17 (18) адаптации обеспечива- 10 ет неизменность параметров переход ных процессов в цепи нагрузки при изменении ее параметров в некоторых

), пределах. На резисторах 58 и >9 и ( конденсаторе бЗ выполнена эталонная модель, задающая желаемую динамику

iпереходного процесса в канале. Вы) .ходнои сигнал модели сравнивается с реальным сигналом тока канала„ В случае отличия реального процесса от желаемого появляется корректирующий сигнал, стремящийся приблизить реальный переходный процесс в желаемый.

Технико-экономические преимущест; ва предлагаемого устройства в срав- 25 ненни с известным заключаются в повышении надежности работы и степени унификации усилительно-преобра" эовательных устройств (ячеек}. Эти преимущества достигаются эа счет того, что в усилительно-преобразовательных устройствах любого канала обеспечивается заданное распределение токов как в установившихся, так и в переходных режимах. При этом усилительно-преобразовательное устройство (ячейка) любого канала может быть как ведущим, так и ведомым, т.е. они взаимозаменяемы. Указанные технические свойства обеспечивают вы- „ сокую степень унификации как отдельных УПБ, таки регулируемого источника питания в целом.

Формула изобретения

l. Регулируемый источник тока, 4 содержащий задающий генератор, выполненный на интеграторе и релейном элементе, предназначенные для параллельного подключения к нагрузке усилительно-преобразовательные блоки, каждый иэ которых содержит регулятор тока, компаратор, силовой каскад и датчик тока, вход которого подключен к выходу силового каскада, один выход датчика тока через ключ пред.назначен для подключения к нагрузке, а другой выход подключен к одному входу регулятора тока, другой вход ,которого подключен к входу усилительно-преобразовательного блока, вход силового каскада подключен к выходу компаратора, первый вход которого в первом усилительно-преобразовательном блоке подключен к выходу интегратора, задающего генератора, вход которого подключен к выходу релейного элемента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества регулирования и обеспечения независимости характера переходного процесса в нагрузке от числа параллельно включенных усилительно-преобразовательных блоков и параметров нагрузки, N усилительно-преобразовательных блоков разделены на один ведущий и N-1 ведомых идентичных усилительно-преобразовательных блоков, в каждый из них, кроме первого введены задающий генератор, аналогичный вышеуказанному, блок, компенсации изменения коэффициента передачи, содержащий общий резистор и N-1 параллельно включенных цепей, причем каждая иэ них содержит один ключ и один резистор, первый вывод которого подключен к одному выводу общего резистора, являющемуся входом блока компенсации, а второй вывод через ключ— к другому выводу общего резистора, являющемуся первым выходом блока компенсации, другие выходы которого подключены соответственно к управляющим входам упомянутых ключей, блок адаптации к изменению параметров цепи нагрузок, содержащий операционный усилитель, четыре резистора и конденсатор, один вывод которого подключен к общей шине, а другой вывод— через первый резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, подключенному, в свою очередь, через первый резистор к выходу операционного усилителя, который является выходом блока адаптации, и сумматор, выход которого подключен к второму входу компаратора, выход регулятора тока через блок компенсации подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока адаптации, первый вход которого подключен к второму выходу датчика тока, а второй вход - к входу усилительно-преобразовательного блока.

2. Источник тока по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что число подключенных ключей в блоке компенсации

9 1534677 l0 изменения коэффициента передачи во вательно и подключены между

I acex N усилительно-преобразователь-, входом и выходом релейного элеменных блоках равно числу включенных та, а точки соединения второго и

N-1 ведомых усилительно-преобразова- третьего ключей подключены к первому

5 тельных блоков. выходу усилительно-преобразователь3. Источник тока по п.l, о т л и — ного блока, причем в ведущем уснлич а ю шийся тем, что, с целью тельно-преобразовательном блоке перунификации, каждый задающий генератор вый и третий ключи замкнуты, а втоснабжен узлом коммутации, содержащим 10 рой ключ разомкнут, в ведомых усилитри ключа, первый из них включен меж- тельно-преобразовательных блоках перду выходом интегратора и входом ре" .вый и третий ключи разомкнуты, а лейного элемента, второй и третий второй ключ замкнут. ключи включены между собой последоСоставитель С.Лузанов

Редактор В.Петраш Техред М.Ходаннч Корректор М.Максимишинец

Заказ 53 Тираж 489 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101